一种三角测距激光位移传感器的制作方法

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1.本实用新型涉及光学距离检测领域，尤其涉及一种三角测距激光位移传感器。

背景技术：

2.在基于三角测距原理的激光位移传感器(以下称为传感器)的实际的测量中，因测量物体表面粗糙度及反射率的不同，会导致图像传感器收到的光信号有强有弱；若图像传感器收到的光信号太弱，则收不到有效的光斑信号，导致测量失败；假如反射回探测器的激光太强会导致图像传感器的信号饱合，而导致测量误差。

技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的是提供一种三角测距激光位移传感器，旨在解决上述技术问题。
4.为实现上述目的，本实用新型提出的一种三角测距激光位移传感器包括封装外壳、均设置在所述封装外壳内的主控芯片、激光发生器、准直透镜、成像镜头、光功率采集组件以及图像传感器，所述激光发生器、准直透镜、成像镜头以及光功率采集组件均和所述主控芯片信号连接，所述光功率采集组件用于接受部分所述准直透镜透射的光线，所述激光发生器和所述准直透镜设于第一直线上，所述成像镜头和所述图像传感器设于第二直线上，所述光功率采集组件设于所述准直透镜和所述被测物体之间，所述第一直线和所述第二直线的相交点设有被测物体。
5.在一实施例中，所述光功率采集组件包括激光分光片以及第一光电探测器，所述激光分光片设于所述第一直线上并位于所述准直透镜远离所述激光发生器一侧，所述激光分光片倾斜设置，所述第一光电探测器设于所述第一直线旁侧并用于接收自所述激光分光片折射的光线。
6.在一实施例中，所述三角测距激光位移传感器还包括窄带滤光片，所述窄带滤光片设于所述第二直线上并位于所述成像镜头和所述被测物体之间。
7.在一实施例中，所述三角测距激光位移传感器还包括成像分光片以及第二光电探测器，所述成像分光片设于所述第二直线上并位于所述成像镜头和所述图像传感器之间，所述成像分光片倾斜设置，所述第二光电探测器设于所述第二直线旁侧并用于接受自所述成像分光片折射的光线。
8.在一实施例中，所述封装外壳上设有信号接口。
9.本实用新型的技术方案中，激光发射器发射激光，经过准直透镜，将激光发射点的发散激光变成准直的激光；光束到达光功率采集组件后，一部分经过光功率采集组件后直接投射到被测物体表面，还有一部分光被光功率采集组件接收，光功率采集组件将光信号转换成电信号，并被后端电路进行采集转换后，用于实时反馈激光管实际的输出功率以确保当前激光器的功率稳定性。
附图说明
10.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
11.图1为本实用新型实施例的三角测距激光位移传感器的结构示意图。
12.附图标号说明：10、封装外壳；20、主控芯片；30、激光发生器；40、准直透镜；50、成像镜头；60、图像传感器；70、窄带滤光片；80、激光分光片；90、第一光电探测器；100、成像分光片；110、第二光电探测器；120、信号接口。
13.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
14.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
15.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
16.另外，在本实用新型中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
17.并且，本实用新型各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
18.本实用新型提供一种三角测距激光位移传感器，如图1所示，其包括封装外壳10以及设于封装外壳10内的主控芯片20，所述封装外壳10内设有均和主控芯片20信号连接的激光发生器30、准直透镜40、成像镜头50、光功率采集组件以及图像传感器60，所述光功率采集组件用于接受部分所述准直透镜40透射的光线。
19.激光发射器发射激光，经过准直透镜40，将激光发射点的发散激光变成准直的激光；光束到达光功率采集组件后，一部分经过光功率采集组件后直接投射到被测物体表面，还有一部分光被光功率采集组件接收，光功率采集组件将光信号转换成电信号，并被后端电路进行采集转换后，用于实时反馈激光管实际的输出功率以确保当前激光器的功率稳定性。
20.其中，所述激光发生器30和所述准直透镜40设于第一直线上，所述成像镜头50和所述图像传感器60设于第二直线上，所述光功率采集组件设于所述准直透镜40和所述被测物体之间，所述第一直线和所述第二直线的相交点设有被测物体。
21.在一实施例中，所述光功率采集组件包括激光分光片80以及第一光电探测器90，
所述激光分光片80设于所述第一直线上并位于所述准直透镜40远离所述激光发生器30一侧，所述激光分光片80倾斜设置，所述第一光电探测器90设于所述第一直线旁侧并用于接收自所述激光分光片80折射的光线。
22.所述三角测距激光位移传感器还包括成像分光片100以及第二光电探测器110，所述成像分光片100设于所述第二直线上并位于所述成像镜头50和所述图像传感器60之间，所述成像分光片100倾斜设置，所述第二光电探测器110设于所述第二直线旁侧并用于接受自所述成像分光片100折射的光线。
23.在本实施例中，激光发射器发射激光，经过准直透镜40，将激光发射点的发散激光变成准直的激光；光束到达成像分光片100分光后，一部分经过成像分光片100后直接投射到被测物体表面，还有一部分光经过折射后投射到第一光电探测器90上，第一光电探测器90将光信号转换成电信号，并被后端电路进行采集转换后，用于实时反馈激光发射器实际的输出功率，以确保当前激光发射器的功率稳定性。
24.投射到被测体表面的激光束产生的反射和散射光束会经过成像镜头50进行成像，经过成像镜头50后的激光光线要经过成像分光片100分光，一部分透射过成像分光片100直接成像到图像传感器60上，一部分光经过成像分光片100折射后投射到第二光电探测器110上，第二光电探测器110将光信号转换成电信号，经过后端电路转换和采集，实时反馈接收到激光信号；图像传感器60通过光积分和采集转换，将光斑信号转换为图像数据信号。主控芯片20实现激光功率采集，成像强度采集，图像信号采集的时序和逻辑控制，并通过计算实时调节激光器的输出功率。在上述实施例中，所述封装外壳10上设有信号接口120，通过信号接口120实现与后端设备之间的信号传输和数据通讯。可以理解的是，在本技术中，
25.另外，所述三角测距激光位移传感器还包括窄带滤光片70，所述窄带滤光片70设于所述第二直线上并位于所述成像镜头50和所述被测物体之间。通过设置窄带滤光片70投射到被测体表面的激光束产生的反射和散射光束会经过窄带滤光片70的滤光处理，窄带滤光片70只允许跟激光光源波长相同的光束通过，滤掉除测量激光以外的其它环境光、干扰杂光。
26.实时监控和采集激光发射器经过准直后实际输出的激光功率，用以检测激光器工作在设定的激光功率强度。在图像传感器60开始光信号积分时，激光接收强度采集模块会实时采集通过成像镜头50收集到的从被测体表面反射回来的光信号强度，在图像传感器60积分过程中，激光接收强度采集模块会多次采集光强度，并通过激光控制模块调节激光强度激光点亮的时间，图像传感器60实际的输出的光信号强度的模型如下：
[0027][0028]
其中，po:图像传感器的光积分的总强度
[0029]
d:图像传感器的光灵敏度系数
[0030]
pi:光接收探测器第i次测到的光强度
[0031]
ti:第i次接收光强采集时激光亮的时间
[0032]
n:积分周期内接收光强的采集次数
[0033]
实际应用中，光灵敏度系数d是可以通过实测或标定而得出的，po为调节的目标值，这些都可视为常量；每通过接收探测器采集一次接收光的强度，就计算一次已经产生的
光积分能量，结合激光器输出功率与接收的功率之间的比率推算出达到理想po所需的激光强度并通过激光控制组件实时调节激光的输出功率，当po提达到设定值时关闭激光器。
[0034]
光电探测器是实时响应器件，高速响应能能达到纳秒级别，对于毫秒、微秒级别的积分时间来说，可以在图像传感器60积分完成之前对光强进行多次采集和调节，最终达到激光强度当前帧就能实时调节的功能。
[0035]
本技术在激光光源的出口处设置的光功率采集组件，消除了通过封装在激光管内部的探测器只能检测激光器光功率没有考虑光路损耗的不足，能实时检测到实际输出的准确的光功率，可以确保激光器能按控制输出稳定的光功率。
[0036]
在成像端增加能实时检测成像信号强弱的组件，避免了图像传感器60在积分完成前不能调节功率的情况，通过实时采集的光强度在图像传感器60积分完成前收集光信号的过程中就调节激光的强度，从而达到对激光功率的适时调节，消除因采集之后和隔帧而带来的调节错误和测量误差。
[0037]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：

1.一种三角测距激光位移传感器，其特征在于，所述三角测距激光位移传感器包括封装外壳、均设置在所述封装外壳内的主控芯片、激光发生器、准直透镜、成像镜头、光功率采集组件以及图像传感器，所述激光发生器、准直透镜、成像镜头以及光功率采集组件均和所述主控芯片信号连接，所述光功率采集组件用于接受部分所述准直透镜透射的光线，所述激光发生器和所述准直透镜设于第一直线上，所述成像镜头和所述图像传感器设于第二直线上，所述第一直线和所述第二直线的相交点设有被测物体，所述光功率采集组件设于所述准直透镜和所述被测物体之间。2.根据权利要求1所述的三角测距激光位移传感器，其特征在于，所述光功率采集组件包括激光分光片以及第一光电探测器，所述激光分光片设于所述第一直线上并位于所述准直透镜远离所述激光发生器一侧，所述激光分光片倾斜设置，所述第一光电探测器设于所述第一直线旁侧并用于接收自所述激光分光片折射的光线。3.根据权利要求1所述的三角测距激光位移传感器，其特征在于，所述三角测距激光位移传感器还包括窄带滤光片，所述窄带滤光片设于所述第二直线上并位于所述成像镜头和所述被测物体之间。4.根据权利要求1所述的三角测距激光位移传感器，其特征在于，所述三角测距激光位移传感器还包括成像分光片以及第二光电探测器，所述成像分光片设于所述第二直线上并位于所述成像镜头和所述图像传感器之间，所述成像分光片倾斜设置，所述第二光电探测器设于所述第二直线旁侧并用于接受自所述成像分光片折射的光线。5.根据权利要求1所述的三角测距激光位移传感器，其特征在于，所述封装外壳上设有信号接口。

技术总结

本实用新型公开一种三角测距激光位移传感器，三角测距激光位移传感器包括封装外壳、均设置在所述封装外壳内的主控芯片、激光发生器、准直透镜、成像镜头、光功率采集组件以及图像传感器，所述激光发生器、准直透镜、成像镜头以及光功率采集组件均和所述主控芯片信号连接，所述光功率采集组件用于接受部分所述准直透镜透射的光线，所述激光发生器和所述准直透镜设于第一直线上，所述成像镜头和所述图像传感器设于第二直线上，所述光功率采集组件设于所述准直透镜和所述被测物体之间，所述第一直线和所述第二直线的相交点设有被测物体。本实用新型提供的三角测距激光位移传感器实时反馈激光管实际的输出功率以确保当前激光器的功率稳定性。功率稳定性。功率稳定性。